Дифференцировка

Дифференцировка, дифференциация онтогенетическая – возникновение устойчивых химических, морфологических и функциональных различий между клетками зародыша в ходе его развития (онтогенеза). Дифференцировка наступает вслед за детерминацией – определением направления развития данной клетки. Число различных типов дифференцированных клеток возрастает по ходу эволюции многоклеточных животных. У низших (факультативных) многоклеточных (акразиевые грибы) различают всего два типа дифференцированных клеток (дающие начало стеблю и спорам), а у позвоночных животных и человека, по минимальным оценкам – несколько сотен (с учетом В-лимфоцитов, продуцирующих разные типы антител – несколько миллионов). Примеры дифференцированных клеток – мышечные, различные типы нервных и чувствительных (рецепторных) клеток, клетки соединительной ткани, разные типы эпителиев (покровные, слизистые) и пр. Дифференцировка непрерывно обновляющихся клеток высших организмов (клетки крови, эпителиев и др.) протекает и во взрослом состоянии.

На молекулярном уровне дифференцировка обусловлена синтезом специфических белков, по набору которых разные типы клеток и отличаются. Например, дифференцировка мышечных клеток связана с синтезом в них сократительного белка миозина, соединительно-тканных клеток (фибробластов) – коллагена (белок внеклеточного матрикса), В-лимфоцитов – с синтезом разных типов иммуноглобулинов, и т.д. Эти различия, в свою очередь, связаны с избирательной активностью (дифференциальной экспрессией) определенных групп генов. Лишь в немногих случаях (В-лимфоциты) такая активность обусловлена изменением структуры молекулы ДНК (благодаря взаимным перемещениям генов). В подавляющем количестве типов клеток при дифференцировке структура ДНК не изменяется, что и позволяет осуществлять клонирование – развитие целого зародыша, обладающего всеми типами дифференцированных клеток за счет ядра уже дифференцированной клетки взрослого организма, пересаженного в лишенную ядра яйцеклетку. В этих типах клеток дифференцировка связана с относительно обратимыми (хотя нередко и продолжительными) изменениями генетической активности ДНК за счет ее метилирования, ацилирования и/или связывания с регуляторными белками, активирующими или подавляющими активность определенных групп генов. В результате дифференцированные клетки отличаются друг от друга по набору молекул информационной (матричной) РНК (мРНК), которые определяют последовательность аминокислот в синтезируемых клеткой белках и, тем самым – специфичность этих белков. В некоторых случаях lифференцировка связана со вторичными изменениями структуры уже синтезированных молекул мРНК (т.н. альтернативный сплайсинг), или же с избирательным блокированием их активности в течение определенного периода времени. Однако синтез специфических белков – не единственный процесс, на котором основана lифференцировка Дифференцированные клетки всегда приобретают сложную надмолекулярную структуру на уровне цитоскелета и клеточной мембраны. В частности, для восприятия клеткой специфических внешних сигналов (без чего дифференцировка невозможна) в определенные участки клеточной мембраны должны встроиться т.н. белки-рецепторы – начальные звенья сложных систем переработки этих сигналов – и сформироваться сами эти системы.

Некоторые типы дифференцировки (например, образование мезодермы у моллюсков и других беспозвоночных) зависят от того, какой компонент цитоплазмы или кортикального слоя яйцеклетки получит в ходе дробления данная клетка или группа клеток. Однако в подавляющем числе случаев дифференцировка клеток многоклеточного организма определяется химическими и физическими сигналами, поступающими от других клеток, от внеклеточного матрикса или же (преимущественно у растительных организмов) – из внешней среды. Эти сигналы влияют на цитоскелет, ферментные системы и генетический аппарат клеток. Реакция клетки на дифференцировочные сигналы в большой степени зависит от истории ее предыдущего развития и носит системный характер. Механизмы дифференцировки выяснены еще не полностью. Их изучение имеет первостепенное значение для раскрытия природы многих заболеваний (особенно онкологических) и для решения биотехнологических проблем (например, конструирования клеток и тканей с заданными свойствами)

ЛИТЕРАТУРА

Корочкин, Л.И. Биология индивидуального развития (генетический аспект). Изд-во МГУ, 2002.

Патрушев, Л.И. Экспрессия генов. М., Наука, 2000.